【正文】 ??????01101001? 1001???????0110 總之 , 魔 T具有對口隔離 , 鄰口 3 dB耦合及完全匹配的關系 , 因此它在微波領域獲得了廣泛應用 , 尤其用在雷達收發(fā)開關 、 混頻器及移相器等場合 。 第 5章 微波元器件 2211 ss ?2313 ss ?2414 ss ??04433 ?? ss 034 ?s ⑥ 當端口 “ ① 、 ② ” 同時加入信號 , 端口 “ ③ ” 輸出兩信號相量和的 倍 , 端口 “ ④ ” 輸出兩信號差的 倍 。 ④ 當端口 “ ④ ” 輸入 , 端口 “ ① 、 ② ” 有等幅反相波輸出 , 端口 “ ③ ” 隔離 。 ② 端口 “ ① 、 ② ” 對稱 , 即有 S11=S22。 HT分支的散射矩陣為 第 5章 微波元器件 圖 5 23 HT分支結構及等效電路 ① ②③H 臂主波導( a ) ( b )第 5章 微波元器件 ? ??s??????????212121212121??????????02121 (3) 匹配雙 T 將 ET分支和 HT分支合并 , 并在接頭內加匹配以消除各路的反射 , 則構成匹配雙 T, 也稱為魔 T, 如圖 5 24 所示 。 當微波信號從端口 “ ③ ” 輸入時 , 平均地分給端口 “ ① 、② ” , 這兩端口得到的是等幅同相的 TE10波 。 而當同相激勵端口 “ ① 、② ” 時 , 端口 “ ③ ” 將無輸出 。 第 5章 微波元器件 圖 5 22 ET分支結構及等效電路 ①E 臂主波導( a ) ( b )②③第 5章 微波元器件 當微波信號從端口 “ ③ ” 輸入時 , 平均地分給端口 “ ① 、 ② ” , 但兩端口是等幅反相的 。 (1) ET E面 T型分支器是在主波導寬邊面上的分支 , 其軸線平行于主波導的 TE10模的電場方向 , 簡稱 ET分支 。 第 5章 微波元器件 圖 5 – 21 微帶環(huán)形電橋結構 ③④①②cbba第 5章 微波元器件 設環(huán)路各段歸一化特性導納分別為 a、 b、 c, 而四個分支的歸一化特性導納為 1。 其工作原理可用類似定向耦合器的波程疊加方法進行分析 。 其結構原理圖如圖 5 21 所示 , 它由全長為 3λg/2的環(huán)及與它相連的四個分支組成 , 分支與環(huán)并聯(lián) 。 ③ 端口 “ ② 、 ③ ” 輸出功率比值為任意指定值 , 設為 根據(jù)以上三條有 21k032111zzz inin ??2323222 121/21KRURU ?????????????????32 UU ?第 5章 微波元器件 22022 RzZin ?32033 RzZin ? 這樣共有 R R Z0 Z03四個參數(shù)而只有三個約束條件 , 故可任意指定其中的一個參數(shù) , 現(xiàn)設 R2=kZ0, 于是由上兩式可得其它參數(shù) : )1(202 KKZZ ??32021 /)1( KKKZZ ??KZR 03 ?第 5章 微波元器件 實際的功率分配器終端負載往往是特性阻抗為 Z0的傳輸線 , 而不是純電阻 , 此時可用 λg/4阻抗變換器將其變?yōu)樗桦娮?, 另一方面 U U3等幅同相 , 在 “ ② 、 ③ ” 端跨接電阻 Rj, 既不影響功率分配器性能 , 又可增加隔離度 。 功率分配器的基本要求如下 : 第 5章 微波元器件 圖 5 – 19 兩路微帶功率分配器的平面結構 Z0＋ U2?g / 4＋ U3R2R3①Zi n 2Zi n 3③②第 5章 微波元器件 ① 端口 “ ① ” 無反射 。 下面介紹兩路微帶功率分配器以及微帶環(huán)形電橋的工作原理 。 按輸出功率比例不同 , 可分為等功率分配器和不等功率分配器 。 為改善性能 , 一般可取介質覆蓋 、 耦合段加齒形或其它補償措施 , 圖 5 18 給出了兩種補償結構 。 , 相應的耦合度為 )(lg20lg2003 dBkUUc ??第 5章 微波元器件 于是給定耦合度 C及引出線的特性阻抗 Z0后 , 由式 (5 2 25)求得耦合系數(shù) K, 從而可確定 Z0o和 Z0e: KKZZ???1100 ?KKZZe ???1100 然后由此確定平行耦合線的尺寸 。 由分壓公式可得端口 “ ③ ” 000011333 21tan)(2tan)(2 UzzjzzzjUUUUUooeooeoeoe ??????????? 將式 (5 2 14)代入 , 于是有耦合端口 “ ③ ” 輸出電壓與端口 “ ① ” 輸入電壓之比為 第 5章 微波元器件 U4=U4e+U4o=U2eU2o=0 022222 s i nc os11 UjkkUUUoe ?? ????? 可見 , 端口 “ ③ ” 有耦合輸出而端口 “ ④ ” 為隔離端 , 當工作在中心頻率上 , θ=π/2, 此時 U3=K 由圖 5 17 知 ， 端口 “ ① ” 處的奇偶模輸入阻抗為 第 5章 微波元器件 Z0Z0Z0eZ0Z0~~3 41 2021U021UZ0Z0Z0oZ0Z0~~3 41 2021U?021U圖 517平行耦合微帶定向耦合器奇偶模等效電路 第 5章 微波元器件 ??tantan000000jZZjZZZZ OOin ?????tantan00000 jZZjZZZZeeeein ???將式 (5 2 14)代入上式 (5 2 16)得 ??tantan000000eoOeOin ZjZZjZZZ?????tantan00000oeeoeein ZjZZjZZZ???可見 ， ZoinZein=Z0eZ0o=Z20 。 設各端口均接阻抗為 Z0的負載 , 如圖 5 16 所示 , 根據(jù)奇偶模分析 , 則可等效為圖 5 17。 設平行耦合微帶線的奇 、 偶模特性阻抗分別為 Z0o和 Z0e, 令 第 5章 微波元器件 圖 5 – 16 平行耦合微帶定向耦合器 Z0?③④Z0Z0o 4) 平行耦合微帶定向耦合器是一種反向定向耦合器 , 其耦合輸出端與主輸入端在同一側面 , 如圖 5 16 所示 , 端口 “ ① ” 為輸入口 , 端口 “ ② ” 為直通口 , 端口 “ ③ ” 為耦合口 , 端口 “ ④ ”為隔離口 。 對于耦合度為 3dB、 阻抗變換比 k=1的特殊定向耦合器 , 稱為 3dB定向耦合器 , 它通常用在平衡混頻電路中 。 下面給出微帶雙分支定向耦合器的設計公式 。 同樣由 A→C 的兩路信號為同相信號 , 故在端口 “ ③ ” 有耦合輸出信號 , 即端口 “ ③ ” 為耦合端 。 故兩條路徑到達的波行程差為λg/2, 相應的相位差為 π, 即相位相反 。 下面來討論雙分支定向耦合器的工作原理 。 第 5章 微波元器件 3) 雙分支定向耦合器由主線 、 副線和兩條分支線組成 , 其中分支線的長度和間距均為中心波長的 1/4, 如圖 5 15 所示 。 總之 , 波導雙孔定向耦合器是依靠波的相互干涉而實現(xiàn)主波導的定向輸出 , 在耦合口上同相疊加 , 在隔離口上反相抵消 。 實際上雙孔耦合器即使在中心頻率上 , 其定向性也不是無窮大 , 而只能在30dB左右 。 而波導雙孔定向耦合器的定向度為 第 5章 微波元器件 ddquuD ?? s e clg20c os2 2lg20lg2043 ???? 當工作在中心頻率時 , βd=π/2, 此時 D→∞ 。 設端口 “ ① ” 入射 TE10波 (u+1=1), 第一個小孔耦合到副波導中的歸一化出射波為 u41=q和 u31=q, q為小孔耦合系數(shù) 。 定向耦合器的結構如圖 5 14(a)所示 , 下面簡單介紹其工作原理 。 第 5章 微波元器件 其中 ， λg0是中心頻率所對應的波導波長 , n為正整數(shù) , 一般取 n=0。 111111ssp??? (5) 工作帶寬是指定向耦合器的上述 C、 I、 D、 ρ等參數(shù)均滿足要求時的工作頻率范圍 。 )(1lg20lg101441 dBsppI ?? (3) 耦合端 “ ③ ” 的輸出功率 P3與隔離端 “ ④ ” 的輸出功率 P4之比定義為定向度 ， 記作 D。下面分別加以介紹 。 1) 定向耦合器是四端口網(wǎng)絡 , 端口 “ ① ” 為輸入端 , 端口“ ② ” 為直通輸出端 , 端口 “ ③ ” 為耦合輸出端 , 端口 “ ④ ”為隔離端 , 并設其散射矩陣為 ［ S］ 。 耦合裝置的耦合方式有許多種 , 一般有孔 、 分支線 、 耦合線等 , 形成不同的定向耦合器 。 1. 定向耦合器是一種具有定向傳輸特性的四端口元件 , 它是由耦合裝置聯(lián)系在一起的兩對傳輸系統(tǒng)構成的 , 第 5章 微波元器件 如圖 5 13 所示 。 這些元器件一般都是線性多端口互易網(wǎng)絡 , 因此可用微波網(wǎng)絡理論進行分析 。 第 5章 微波元器件 圖 5 –12 |Γin|隨 βL的變化曲線 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 7? L2 ?? 3 ? 4 ??in401?ZZ301?ZZ201?ZZ第 5章 微波元器件 在微波系統(tǒng)中 , 往往需將一路微波功率按比例分成幾路 , 這就是功率分配問題 。 λ越小 , βL越大 , |Γin|越小 。 通常漸變線特性阻抗隨距離變化的規(guī)律有：指數(shù)型 、 三角函數(shù)型及切比雪夫型 , 下面就來介紹指數(shù)型漸變線的特性 , 其特性阻抗?jié)M足 ]ln)21e xp[()(010 zzLzzzz ?? 可見當 z= 時 ， Z(z)=Z0, 而當 z= 時 ， Z(z)=Zl, 于是有 2L?2L?01ln1)(lnzzLdzzzd ? 輸入端反射系數(shù)為 第 5章 微波元器件 01lns i n21zzLLin ????0122201 lns i n21ln21zzLLdzezzLezjLLLjin ???? ??? ???兩邊取模得 圖 5 12 給出了 |Γin|與 βL的關系曲線 。 設漸變線總長度為 L, 特性阻抗為 Z(z), 并建立如圖 5 11所示坐標 , 漸變線上任意微分段 z→z+Δz, 對 應 的 輸 入 阻 抗 為Zin(z)→Z in(z)+ΔZin(z), 由傳輸線理論得 )t a n()]()([)()t a n()()]()([)(zzZzZjzZzxjzzZzZzZi